SWMM 모형 매개변수의 불확실성 정량화 지수 산정

정건희,심규범,김응석,Chung, Gunhui,Sim, Kyu Bum,Kim, Eung Seok 한국수자원학회 2015 한국수자원학회논문집 Vol.48 No.2

급격히 발전하는 도시지역 및 산업단지의 경우 불투수지역이 대부분이며, 이로 인해 유출이 증가함에 따라 내수침수가 발생할 확률이 높아지고 있다. 도시지역의 유출해석은 대부분 SWMM 모형을 이용하여 강우-유출해석을 수행하고 있으나 이러한 모형은 실제 자연 현상을 해석하는데 한계가 있으며, 모형 자체도 불확실성을 가지고 있어 정확한 유출해석을 하는데 어려움이 있다. 따라서 본 연구에서는 모형의 매개변수를 조사하고 불확실성을 가지는 매개변수를 선정한 후 매개변수의 불확실성 정도를 불확실성 정량화 지수를 이용하여 정량화하였다. 수행 결과 관조도계수의 불확실성이 가장 크며, 유출량에 미치는 영향도 가장 컸다. 그러므로 우수관거 설계 시 관조도계수 추정을 보다 정확히 산정하여야 하며, 불확실성 정도를 예측하여 유출해석에 반영하고, 각 매개변수가 가지는 특성을 파악한다면 내수 침수를 예방하는데 큰 기여를 할 것으로 판단된다. In the case of rapidly developed urban and industrial complex, the most area becomes impervious, which causes the increasing runoff and high probability of flooding. SWMM model has been widely used to calculate stormwater runoff in urban areas, however, the model is limited to interpreting the actual natural phenomenon. It has the uncertainty in the model structure, so it is difficult to calculate the accurate runoff from the urban basin. In this study, the model parameters were investigated and uncertainty was quantified using Uncertainty Quantification Index (UQI). As a result, pipe roughness coefficient has the largest total uncertainty and largest effect on the total runoff. Therefore, when the stormwater pipe network is designed, pipe roughness coefficient has to be calibrated accurately. The quantified uncertainty should be considered in the runoff calculation. It is recommended to understand the characteristics of each parameter for the prevention and mitigation of urban flood.

이진정수법을 이용한 농업용 관수로의 최적 관경 선정 및 설계 표준화 자료 구축

정건희,김영화,전건영,김중훈,Chung,Gunhui,Kim,YoungHwa,Jeon,GeonYeong,Kim,Joong Hoon 한국방재학회 2012 한국방재학회논문집 Vol.12 No.5

The interest on the irrigation pipe network systems have been increased. The irrigation pipe network is not affected by the topography and possible to enough supply. Therefore, the network system is applied in the large scale agricultural complex. In this study, a model to optimize pipe diameters was developed to supply enough irrigation water efficiently in the branch type pipe network. The developed model was applied in a agricultural complex with several water demands, hydraulic head in the starting nodes, hydraulic gradients in the different types of the irrigation sector. The optimized pipe diameter was proposed for the standardization of the design. The decision variable of the conventional method was the length of the pipes to linearize the optimization system. In the method, more than two sizes of the diameter were proposed, which was not realistic. Therefore, in this study, the new optimization method was suggested using binary integer programming whose decision variables are the binary number to represent that the pipe with the proposed diameter was installed or not. The design standard was proposed using the simulation results from the sensitivity analysis. The result is used to find the optimal pipe diameter without the model simulation if the type of sector and water demand are known, which is very economic design for the future agriculture area. 최근 들어, 지형의 영향을 받지 않으면서도 안정적으로 용수공급이 가능한 관수로 시스템을 이용한 농업용수의 공급에 대한 관심이 높아지고 있어, 대규모 농업단지 개발에 관수로 시스템이 많이 활용되고 있다. 본 연구에서는 농업용 관수로가 대부분 분기형임에 착안하여, 농업용수의 안정적인 확보와 효과적이고 경제적인 공급을 위해 분기형 관수로 설계 시, 최적관경산정을 산정할 수 있는 모형을 개발하였다. 개발된 모형은 농업단지에 적용하였으며, 구획형태에 따른 용수사용량별, 시점의 수두별, 동수구배별 최적 관경을 산정하여 그 분포를 파악하고 관수로 설계 표준화를 위한 자료를 제시하였다. 최적화 기법 역시 기존의 분기형 관수로 시스템의 선형화를 위해 관의 길이를 결정변수로 하였던 최적화기법에서 두가지 이상의 관경이 하나의 관로에 결정되는 단점을 막고, 절점의 압력 및 속도에 대한 제약조건을 고려하기 위해 새로운 방법의 최적화 시스템인 이진정수법을 이용하여 제안되었다. 제안된 모형은 농업용 관수로 설계의 표준을 제시하기 위해 다양한 경우에 적용하여 민간도 분석을 수행하였다. 본 연구의 결과를 이용하면 농업용 관수로의 구획형태와 용수사용량이 정해지면 가능한 최적관경을 프로그램을 실행하지 않고도 손쉽게 찾을 수가 있으며, 이는 경제적인 시공이 강조되고 있는 현재 농업분야에서 향후 설계에 활용한다면 매우 유용한 자료가 될 것으로 판단된다.

메타모델을 이용한 저류함수법의 매개변수추정

정건희,오진아,김태균,Chung. Gun-Hui,Oh. Jin-A,Kim. Tae-Gyun 한국방재학회 2010 한국방재학회논문집 Vol.10 No.6

유역에서의 정확한 유출을 계산하기 위해서는 강우-유출현상의 비선형성을 고려해야한다. 그러나 대부분의 강우-유출모형이 선형성을 가정하고 있거나 해석하기가 복잡하여, 비선형성을 고려하면서도 비교적 간단히 계산이 가능한 저류함수법을 유출계산에 이용해오고 있다. 저류함수법은 강수특성과 유역특성에 따라 달라지는 5개의 매개변수를 포함하고 있으며, 주로 유역별로 개발된 회귀식이나 유전자 알고리즘 등 최적화 기법을 이용하여 추정하나, 그 정확한 산정이 어렵다. 그러므로 본 연구에서는 인공 신경망과 유전자 알고리즘을 이용한 Metamodel을 이용하여 매개변수 최적화를 시도하였다. 제안된 기법은 두 단계로 나누어지는데, 첫 번째 단계에서는 기존의 강우-유출관계를 인공신경망에 입력하여 일대일대응 관계를 규명한 후, 두 번째 단계에서는 훈련된 인공신경망과 유전자 알고리즘을 이용하여 강우사상에 대한 저류함수법의 매개변수를 최적화한다. 제안된 모형은 평창강 유역 21개 강우사상에 적용되어 그 적용성을 입증하였다. In order to calculate the accurate runoff from a basin, nonlinearity in the relationship between rainfall and runoff has to be considered. Many runoff calculation models assume the linearity in the relationship or are too complicated to be analyzed. Therefore, the storage function method has been used in the prediction of flood because of the simplicity of the model. The storage function method has five parameters with related to the basin and rainfall characteristics which can be estimated by the empirical trial and error method. To optimize these parameters, regression method or optimization techniques such as genetic algorithm have been used, however, it is not easy to optimize them because of the complexity of the method. In this study, the metamodel is proposed to estimate those model parameters. The metamodel is the combination of artificial neural network and genetic algorithm. The model is consisted of two stages. In the first stage, an artificial neural network is constructed using the given rainfall-runoff relationship. In the second stage, the parameters of the storage function method are estimated using genetic algorithm and the trained artificial neural network. The proposed metamodel is applied in the Peong Chang River basin and the results are presented.

SCE-UA를 이용한 저류함수모형 최적 매개변수 선정 및 평가

정건희,박희성,성지연,김현준,Chung, Gunhui,Park, Hee-Seong,Sung, Ji Youn,Kim, Hyeon-Jun 한국수자원학회 2012 한국수자원학회논문집 Vol.45 No.11

Storage function method has been used for flood forecasting in the major rivers in Korea, however, the researches on the relationship between the parameters and runoff characteristics was not sufficient. In addition, there has been a controversy about the optimized parameters without the consideration of the physical characteristics of the basin. Therefore, in this study, the SCE-UA method is used to optimize the parameters and the proposed method was applied with two stage optimization in the Jeongseon and Yeongwol watersheds located in the most upstream in the South Han river. The contour map was developed to investigate parameters and the error surface calculated from the runoff. The proposed parameters is to provide a range of the possible parameter set in a watershed, rather than a specific value. However, the applicability is examined using the average value of the proposed ranged parameters. In this study, the criticism about the optimization technique to find an optimal value having no physical meaning on a watershed is tried to avoid. The objective of this study is to provide a range of parameters for the flood forecasting model and the intuition about the behavior of the parameters, so the efficiency of flood forecasting is increased. 저류함수법은 오랜 기간 국내 주요하천의 홍수예보에 활용되어 오고 있다. 그럼에도 불구하고, 매개변수와 유출특성의 관계를 정확히 규명하지 못하고 있어, 저류함수법에 대한 매개변수 최적화 연구들은 유역의 물리적인 특성을 반영하지 못한다는 논쟁이 있다. 이에 본 연구에서는 SCE-UA방법을 이용하여 저류함수법의 매개변수를 최적화하고, 매개변수의 변화에 따라 유출곡선이 달라지는 양상을 분석하였다. 분석대상 유역으로는 남한강 최상류지역인 정선과 영월 소유역을 선정하였으며, 상 하류에 위치한 두 개의 유역을 단계적으로 최적화 하였다. 또한 매개변수와 오차평면과의 관계를 알아보기 위해 등고선도를 그려 매개변수가 달라짐에 따라 유출곡선 오차의 변화를 분석하였다. 본 연구는 최적화를 통해 매개변수의 특정 값을 제안하기보다는 실무에서 초기값으로 활용할 수 있는 매개변수의 가능한 범위를 제안하는데 그 목적이 있으며, 제안된 범위의 평균값을 사용하여 모의가 적절히 됨을 확인하였다. 또한 오차를 최소화하기 위해 무작위로 매개변수의 집합을 결정하기 보다는 유역의 물리적인 특성을 고려하여 가능한 매개변수를 고정하고, 매개변수의 변화가 오차에 미치는 영향을 등고선도를 이용하여 분석함으로서 매개변수가 모형의 결과에 미치는 영향에 대한 직관력을 제공하고자 하였으며, 그 결과가 실무에서 홍수예보 효율 제고에 기여할 수 있을 것으로 판단된다.

저류함수법의 매개변수 추정을 위한 상수고정법의 개선

정건희,박희성,Chung, Gunhui,Park, Hee-Seong 한국수자원학회 2013 한국수자원학회논문집 Vol.46 No.1

저류함수법의 최적 매개변수를 추정하기 위한 연구는 오랜 동안 여러 가지 방법으로 수행되어왔다. 그러나 여전히 최적 매개변수를 결정하는 것은 시간이 오래 걸리는 일이며, 유역의 물리적인 특성과 상관없는 매개변수가 결과로 제시되는 경우가 잦다는 인식이 팽배하다. 본 구에서는 저류함수모형의 연속방정식과 저류함수식을 충실히 분석하고 민감도 분석을 수행하였다. 그 결과, 많은 수의 국지해 중에서 유일해를 결정하는 방법을 제안할 수 있었다. 또한 유역의 직접유출 시작 시간을 고려하여 저류함수법의 지체시간을 결정할 수 있다는 것을 보였으며, 매개변수의 민감도 분석 결과, 모형의 지체시간을 결정하는 것이매우 중요하다는 것을 알수 있었다. 지체시간을 결정한 후에는 유일한해를 비교적 쉽게 찾을 수 있었다. 그러므로 제안된 방법은 기존의 최적화 방법과 같이 시간이 오래 걸리지 않으며, 강우사상별로 비교적 정확한 매개변수를 산정할 수 있다는 장점이 있다. 제안된 방법을 이용하여 기존의 저류함수법의 매개변수를 추정하기 위한 다양한 방법 중 상수고정법을 수정하였으며, 그 결과 실무에서 업무효율을 높일 수 있을 것으로 기대된다. 또한 제안된 방법은 기존의 유출수문곡선의 계산오차에만 의지하여 매개변수를 최적화하는 방법과는 다르게 유역의 특성을 고려할 수 있다는 점에서 그 의미가 있다. The researches on the parameter estimation for storage function method have been conducted for a long time using different methods. However, the determination of the optimal parameters takes a long time and there is a controversy that the proposed optimal parameters do not likely represent the physical characteristics of watershed. In this study, the characteristics of the continuity and storage function equation was analyzed and sensitivities were evaluated. As the result, the only optimal solution is suggested among several local optimums. It is also shown that the lag time is able to be determined using the direct runoff starting time of the watershed. From the sensitivity analysis, it is also proved that the determination of the lag time is very important and the only optimal solution could be found easily after selecting the lag time. Therefore, unlike the traditional optimization method, the proposed method does not take a long time to find the optimal solution which is depending on the characteristics of the rainfall events. The fixed coefficient method which is a method to estimate the optimal parameters of storage function method has been modified using the proposed method. Therefore, the practical efficiency to apply storage function method could be enhanced by applying the proposed method. While the traditional method takes care only the error of the runoff hydrograph, it is very important that the proposed method considers the characteristics of the watershed.

성인지적 관점을 고려한 재난안전관리 정책 수립의 필요성

정건희(Chung, Gunhui) 한국방재학회 2017 한국방재학회논문집 Vol.17 No.4

As the international effort on the disaster risk reduction, Sandai Framework for Disaster Risk Reduction 2015-2030 included gender sensitive disaster risk reduction method as one of the methods to enhance the disaster preparedness with the consideration of age, disability, and cultural perspective. The damage records from disaster in South Korea were published in ｢Statistical Yearbook of Natural Disaster｣ and ｢Statistical Yearbook of Manmade Disaster｣. However, gender sensitivity has not been considered in the disaster and safety management although the necessity of the gender sensitive policy was asserted for a long time. In this study, the historical victims caused by Sewol ferry accident were investigated and sex of the victims were analyzed. As a result, the percentage of female victims was higher than male. This is caused because the female victims over 20s was higher than male victims. The teenagers have to be considered as the disaster vulnerable people. However, the results was derived from the limited number of data. To improve the quality of the analysis, the disaster data have to be collected in the gender perspective. 재난 피해 저감을 위한 국제적인 노력 중 하나인 Sandai Framework for Disaster Risk Reduction 2015-2030에서는 나이, 장애여부, 문화적인 차이에 따른 재난 피해 저감 방안과 함께 성인지적 관점도 고려해야한다고 언급하였다. 우리나라에서는 매년 ｢재해연보｣와 ｢재난연감｣에 재난 유형별 인명피해와 재산피해 등을 정리하여 발행하고 있다. 그러나 재난안전관리 정책에 성인지적 관점이 고려되어야 할 필요성이 지속적으로 제기되고 있는 상황과는 달리 재난 통계는 성인지적 관점을 고려하여 작성되지않고 있다. 그러므로 본 연구에서는 재난 및 안전관리 정책에 성인지적 관점이 도입되어야 할 필요성을 제기하기 위해 우리나라에서 발생했던 최근 세월호 사고의 피해자에 대한 성별분석을 실시하였다. 그 결과 세월호 사고의 희생자 중 여성 희생자의 비율이 상대적으로 높았으며, 이는 연령별로 구분하여 분석한 결과 20대 이상에서 여성 희생자의 비율이 높았기 때문인것으로 나타났다. 다만, 10대 이하에 대한 재난 관리는 성인지적 관점에서 성별분석을 실시하는 것 보다 재난약자의 관점에서 다루어져야 한다는 결론을 내렸다. 그러나 이 연구 결과는 제한된 자료에 기반하고 있으며, 보다 꾸준한 통계 결과를 이용한 분석이 필요하지만, 현재는 정확한 성별통계가 작성되지 않고 있으므로, 재난안전관리의 통계에 대한 신뢰도 제고가 선행되어야하는 상황임도 지적하였다.

토목 분야의 젠더 혁신

정건희(Gunhui Chung) 대한토목학회 2020 대한토목학회지 Vol.68 No.11

금강유역 통합물공급모형의 최적화

정건희 ( Gun Hui Chung ),김태웅 ( Tae Woong Kim ),김중훈 ( Joong Hoon Kim ) 한국물환경학회 2009 한국물환경학회·대한상하수도학회 공동 춘계학술발표회 Vol.2009 No.-

국제협력 활동

정건희(Gun-Hui Chung) 대한토목학회 2012 대한토목학회지 Vol.60 No.7

상하수도 연계를 통한 도시 물 순환 모형 개발 및 적용

정건희(Chung, Gunhui),옥원수(Ohk, Won Soo) 한국방재학회 2020 한국방재학회논문집 Vol.20 No.6

도시 과밀화에 따라 주거지역의 인구밀도가 높아지고, 단위 면적당 물 사용량이 증가하고 있다. 그러므로 도시에 공급된 물의흐름을 연구하고, 도시 물 순환 건전성 제고를 위한 노력을 해야 한다. 본 연구에서는 비인과적인 프로그래밍인 Modelica를 소개하고, Open Medelica를 이용하여 도시 물 순환 모형의 기본이 될 수 있는 상수도와 하수도를 연계하는 모형을 구축하였다. 기존에 상수관망과하수관망을 모의하기 위해 일반적으로 사용되는 EPA-NET과 EPA-SWMM에서 제공하는 개발자 toolkit을 이용하여 수용가 블록을기준으로 Open Modelica 기반 상수관망과 하수관망을 연계하여 모의할 수 있도록 하였다. 상수관망에 공급되는 시간별 물 사용량의90%가 하수관망으로 자동 유입될 수 있도록 모형을 구축하였으며, 상수관망과 하수관망의 절점 간 연결을 위해 매칭테이블을구축하면 Open Modelica에 개발된 GUI에서 절점, 링크, 펌프, 탱크, 밸브 등의 수정이 가능하도록 개발하였다. 개발된 모형을 이용하여48시간 물 공급을 모의하였으며, 성공적으로 상수와 하수가 연계되어 모의되는 것을 확인하였다. 향후 개발된 모형을 기본으로하수처리수 재이용, 빗물이용, 우수의 유출 흐름, 저영향개발 시설 등과 같은 도시물순환 요소를 추가적으로 고려하여 보다 확장되고실제에 가까운 도시 물 순환 모형을 개발할 계획이다. 본 연구를 통해 Modelica가 시간에 따른 시스템 내 변화를 모의할 수 있다는것을 확인하였으며, 수식기반의 비인과적 시뮬레이션 언어이므로 도시 물 순환 요소의 블록별 개발을 통해 불록 간 관계 설정및 재사용 등이 가능하므로, 향후 도시 물 순환 모형의 시각화 및 구체화에 기여할 수 있을 것으로 보인다. Due to urban overcrowding, the population density of residential areas and water use per unit are increasing. Therefore, it is necessary to study the flow of water supplied to cities and to improve the healthy circulation of urban water. This study used Modelica, a non-causal analytical program. Using Open Modelica, the researchers constructed a model linking water distribution and sewerage, as the basis of a balanced urban water model. Using the programmer s toolkit provided by EPA-NET and EPA-SWMM, which are commonly used to simulate the existing water supply and sewage pipe networks, Open Modelica-based water distribution networks and sewage pipe networks can be connected and simulated based on the customer block. A model was built so that 90% of the hourly water consumption supplied to the water supply pipe network can be automatically introduced into the sewage pipe network. If a matching table is constructed to connect the nodes of the water supply pipe network and the sewer pipe network, the nodes will reflect in the graphical user interface (GUI) developed in Open Modelica. It was developed to enable modification of links, pumps, tanks, and valves. The 48-hour water supply was simulated using the developed model, and it was confirmed that water supply and sewage networks were successfully connected. In the future, we plan to develop a more expanded and realistic urban water circulation model by considering additional urban water circulation factors, such as sewage treatment, water reuse, rainwater use, storm runoff, and low-impact development facilities. Through this study, it was confirmed that Modelica can simulate changes in the system over time. Since it is a formula-based non-causal simulation language, it is possible to establish and reuse relationships between blocks through block-by-block development of urban water circulation elements. It is expected to contribute to the visualization and concretization of future urban water circulation models.